Скоростта на електрохимични взаимодействия на метали в биологични течности

Естествено, трябва да се помни, че скоростта на корозия и вероятно обменните процеси електрон не може да предвиди единствено въз основа на теоретични данни. Винаги необходимо експериментален откриване скорост електрохимични взаимодействия (корозия + обмен на електрони) в определена среда, ин витро, симулиране на състава на телесни течности, или изследвания в системата ин виво.

От практическа гледна точка, важно е да се има предвид, че експериментите с предварително пасивирани метални проби не могат да симулират ситуации, които възникват по време на механичното нарушение на пасивното ниво поради корозия. Поради това е необходимо да се подложи на тест материала за статични, динамични и циклични натоварвания.

корозия

Смята се, че корозията на корозивни тип атака се наблюдава в имплантирано метал (Williams, Rouf, 1978- Мюлер и сътр., 1996). Продукти, получени по време на този процес, имат много съществено влияние върху нивото на биосъвместимост на материала.

Когато променлив товар причинява движение между импланта повърхности на металните компоненти, например винт и игли, е налице нарушение на пасивен слой и появата на множество микропукнатини. Това увеличава площта на повърхността на импланта в процес на товара и площта на контакт с агресивна среда на организма. В този процес, скоростта на корозия на металната повърхност може да се увеличи с няколко порядъка и да доведе до бързото развитие на корозия умората на импланта. Тя може да бъде намален от стабилни фиксиращи пръти или панели постижими чрез осигуряване на твърда контакт между импланта и костните фрагменти. Това предотвратява вторичното обем, в резултат от биологична костната резорбция. Следователно намаляването на корозия ще допринесе за по-голяма стабилност на импланта. Ако интерфейс имплантант / костни области образуване на висока концентрация на стрес, наблюдаваната кост остеопороза и остеомалация, последвано от разхлабване на спиците, плочи, пръти (Muller и сътр., 1996- Kovacs, Дейвидсън, 1993 Moroni и сътр., 1994 ).

Елементи, способни самостоятелно пасивиране, е по-устойчиви на корозия ефекти, защото на повърхността в същото време са процеси на деградация и тумори на пасивен слой. Естествено, биосъвместимост позиция винаги за предпочитане по-голямо образуване на защитни оксиди от тяхното унищожаване. Ако в резултат на корозия на оксиди са оформени в малки количества или напълно отсъства, може да се наблюдава разтваряне на метал, например поради неговите йонни групи (Kovacs, 1992).

Най-ниската стойност на корозия, които са пропорционални на размера на проценти на корозия и обмен на електрони са Zr, Ti, Ta, Nb и Cr, и титанови сплави като Ti-6V-4Al, Ti-13Nb-13Zr, под повърхността окислява. В действителност, степента на електрохимични взаимодействия (корозия + обмен на електрони) на тези материали е много по електронен курс на графит, който, като благородни метали, не е защитен слой окис.

От теоретична гледна точка на използване на допинг титанови сплави и метали, които имат способност за самостоятелно пасивиране, като Zr, Nb или Ta, по-благоприятно от V и Al, както когато се постави в агресивна биологична среда, допринасят за образуването на допълнителна оксид слой и да се предотврати излизането на токсични йони , Ванадий, хром, никел, и няколко други елементи не са такива свойства. Следователно, използването им намалява способността на сплави на базата на Ti, Zr, Nb и Та самостоятелно пасивиране.

Когато тези метали са в тъканта под формата на йони, те имат токсичен ефект върху клетките. В допълнение, метали като Al, V, и Mo имат относително висока стойност на обратен съпротивлението на поляризация.

В резултат на това, те могат да бъдат освободени по време на процеса repassivation на повърхността като чист метал или соли, ако тънък пасивен филм, образуван при естествени условия се отстранява, повредени от корозия или корозионно механично действие. Следователно, те са потенциално опасни, тъй като могат да мигрират директно към околната тъкан под формата на йони или молекули и да предизвика развитието на токсични, имунологични и други нежелани реакции.

Всичко това трябва да бъде взето под внимание при използването и разработването на нови материали, като добавки може значително да променят биосъвместимостта на имплантите (Kovacs, 1992- Kovacs, Дейвидсън, 1993 Bruneel и сътр., 1988 Дейвидсън, 1993 Alcantara и сътр., 1999).

За да се избегне този процес е необходимо да се прилага технология, за да се образува на повърхността на имплантанта "дебели" устойчив на износване защитен филм, който ще предотврати генерирането на реакционната повърхността на метала, като например титан, цирконий, за Ti-13Nb-13Zr или циркониеви сплави -2.5Nb.

Въпреки това, дебелината на филма не може да надвишава определена стойност, след което тя ще загуби своята лепило и високи биомеханичните свойства. В контраст, вместо положителен резултат, този подход дава отрицателен (Mishra, Дейвидсън, 1992- Ciada и сътр., 1997 Jacobs и сътр., 1998).

Ролята на адхезионни протеини на повърхността на метала

Адхезионни протеини наблюдават непосредствено след прилагане на метален имплант в тялото. На колко този процес се извършва, дали има в тази структура на протеините, неговата кинетика, нивото на биосъвместимост на материала до голяма степен зависи.

Смята се, че продукти на корозията значително въздействие върху силата на адхезионни протеини. Очевидно е, че това може да се дължи на обмен на електрони.

Съществува корелация процес на задържане на протеини с обратна устойчивост поляризация (OPS) за сплави като SS-316L, Ti-6Al-4V, Ti-13Nb-13Zr, Ti-13Nb-13Zr, Zr-2.5Nb и окислен Zr-1.5Nb. Експерименти показват, че увеличаването на задържане фибриноген линейно с увеличаване на GPT (Yun и сътр., 1994). До известна степен това може да се обясни чрез отглеждане прегрупиране адсорбира фибриноген, свързани с електронен трансфер (Болц, Shaldach, 1993).

Bioinert материали, които не са причинени или по същество не са придружени от реакции нежелани тъкан обикновено имат ниска NSO нейната повърхност.

Следователно намаляването на капсула група OPS метал може да се използва за определяне на общото биосъвместимост. Един от фактите, косвено потвърждава валидността на това предположение е в обратна зависимост между големината и НСО способността на остеобласти да се придържат към материала за изпитване.

Долната NSO, толкова по-клетките са свързани към металната повърхност.

Ефектът на съпротивлението обратна поляризация на метални повърхности за закрепване способност на остеобластна

Това заключение се подкрепя от пример окислява Zr-2.5Nb сплав с най-ниска устойчивост поляризация обратното и показва най-високото ниво на свързване на остеобласти (Babu и сътр., 1995- Kovacs, Дейвидсън, 1996).

Подобни резултати са получени в нашата лаборатория чрез изследване на способността на клетките на костния мозък да се придържат към окислен и некисел титан. Установено е, че степента на свързване на клетките към изкуствено образуван от анодно окисляване на солна повърхност искрово диоксид с висока устойчивост контакт е 2.5 пъти по-висока от чист титан.

Друг пример за емпирична корелация между OPS и потенциал индикатор биосъвместимост свързани бактерии представени на фигурата, която показва, че способността на Streptococcus Sanguis адхезия зависи от ОПС (Babu и сътр., 1995- Kovacs, Дейвидсън, 1996).

Ефектът на обратната повърхност на съпротивлението на поляризация на способността на бактериални клетки, за да се придържат към металната повърхност

Интересно е да се отбележи, че в този случай по-високата стойност съответства на OPS намаляват бактериалната свързване. Това очевидно показва, че по-голямата електрохимичната реакция между сплавта и средата може да попречи на адхезията на тези бактерии.

Тези данни поставят интересен въпрос на потенциалната роля на качеството и количеството на корозионни продукти за закрепване на някои бактерии. Теоретично, това е трудно да се обясни.

Очевидно, има значителна разлика в разпределението на тези адхезионни молекули и рецептори или електростатичен заряд между структурата на бактериални и животински клетъчни мембрани.

Представените данни са необходими допълнителни изследвания.

AV Карпов VP Shakhov
Външна система за фиксиране и регулаторни механизми оптимално биомеханика

Споделяне в социалните мрежи:

сроден